Effect of nitric hydrofluoric acid treatment on brazing of alumina ceramics and pure titanium

アルミナセラミックと純チタンのロウ付けにおける硝弗酸処理の効果

金正 倫計  ; 神谷 潤一郎   ; 阿部 和彦*; 中村 止*

Kinsho, Michikazu; Kamiya, Junichiro; Abe, Kazuhiko*; Nakamura, Tomaru*

J-PARCの3GeVシンクロトロン(RCS)に使用されるアルミナセラミック真空チャンバーは、アルミナダクト,チタン(Ti)フランジ、およびTiスリーブで構成されている。アルミナダクトとTiスリーブをろう付けする前に、Tiスリーブを硝弗酸で処理した。この研究の目的は、チタン材料に対するこの処理の効果を明確にすることである。SEM観察により、硝弗酸処理後のチタン材の粗さが大きくなることが明らかとなった。また、チタン材表面の酸化皮膜の厚さは、処理前は12.7nm、処理後は6.0nmであった。これらの結果から、硝弗酸処理により、チタン表面の酸化膜が除去され、さらに表面粗さを大きくする効果があることが明らかとなった。さらに、アルミナセラミックと純チタンの間のろう付けには硝弗酸処理以外に、真空加熱炉の真空条件、及び昇温条件が重要であることが明らかとなった。この成果により、真空漏洩の低減、及び真空チャンバー製作時の歩留まりの大きな向上が見込まれ、加速器の安定運転に貢献するものである。

Alumina ceramics vacuum chamber which is used for the 3GeV rapid-cycling synchrotron (RCS) in J-PARC is composed of alumina duct, titanium (Ti) flanges and Ti sleeves. Before brazing the alumina duct and the Ti sleeves, the Ti sleeves were treated with nitric hydrofluoric acid. The purpose of this study is to clear the effect of this treatment for titanium material. It was cleared by SEM observation that the roughness of the titanium material after the nitric hydrofluoric acid treatment becomes big. It was also measured that the thickness of oxide film on surface of the titanium material was 12.7 nm before treatment and 6.0 nm after treatment. It became clear that both the clearing of oxide layer on the alumina ceramics and the vacuum condition of the vacuum heating furnace were important for brazing between alumina ceramics and pure titanium.